src/mc/explo/DFSExplorer.cpp

   1 /* Copyright (c) 2016-2022. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
   2
   3 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   4  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   5
   6 #include "src/mc/explo/DFSExplorer.hpp"
   7 #include "src/mc/VisitedState.hpp"
   8 #include "src/mc/mc_config.hpp"
   9 #include "src/mc/mc_exit.hpp"
  10 #include "src/mc/mc_private.hpp"
  11 #include "src/mc/mc_record.hpp"
  12 #include "src/mc/transition/Transition.hpp"
  13
  14 #include "src/xbt/mmalloc/mmprivate.h"
  15 #include "xbt/log.h"
  16 #include "xbt/sysdep.h"
  17
  18 #include <cassert>
  19 #include <cstdio>
  20
  21 #include <memory>
  22 #include <string>
  23 #include <vector>
  24
  25 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(mc_dfs, mc, "DFS exploration algorithm of the model-checker");
  26
  27 namespace simgrid {
  28 namespace mc {
  29
  30 xbt::signal<void()> DFSExplorer::on_exploration_start_signal;
  31 xbt::signal<void()> DFSExplorer::on_backtracking_signal;
  32
  33 xbt::signal<void(State*)> DFSExplorer::on_state_creation_signal;
  34
  35 xbt::signal<void(State*)> DFSExplorer::on_restore_system_state_signal;
  36 xbt::signal<void()> DFSExplorer::on_restore_initial_state_signal;
  37 xbt::signal<void(Transition*)> DFSExplorer::on_transition_replay_signal;
  38 xbt::signal<void(Transition*)> DFSExplorer::on_transition_execute_signal;
  39
  40 xbt::signal<void()> DFSExplorer::on_log_state_signal;
  41
  42 void DFSExplorer::check_non_termination(const State* current_state)
  43 {
  44   for (auto state = stack_.rbegin(); state != stack_.rend(); ++state)
  45     if (Api::get().snapshot_equal((*state)->get_system_state(), current_state->get_system_state())) {
  46       XBT_INFO("Non-progressive cycle: state %ld -> state %ld", (*state)->get_num(), current_state->get_num());
  47       XBT_INFO("******************************************");
  48       XBT_INFO("*** NON-PROGRESSIVE CYCLE DETECTED ***");
  49       XBT_INFO("******************************************");
  50       XBT_INFO("Counter-example execution trace:");
  51       for (auto const& s : get_textual_trace())
  52         XBT_INFO("  %s", s.c_str());
  53       XBT_INFO("Path = %s", get_record_trace().to_string().c_str());
  54       log_state();
  55
  56       throw TerminationError();
  57     }
  58 }
  59
  60 RecordTrace DFSExplorer::get_record_trace() // override
  61 {
  62   RecordTrace res;
  63   for (auto const& state : stack_)
  64     res.push_back(state->get_transition());
  65   return res;
  66 }
  67
  68 std::vector<std::string> DFSExplorer::get_textual_trace() // override
  69 {
  70   std::vector<std::string> trace;
  71   for (auto const& state : stack_) {
  72     const auto* t = state->get_transition();
  73     trace.push_back(xbt::string_printf("%ld: %s", t->aid_, t->to_string().c_str()));
  74   }
  75   return trace;
  76 }
  77
  78 void DFSExplorer::log_state() // override
  79 {
  80   on_log_state_signal();
  81   XBT_INFO("DFS exploration ended. %ld unique states visited; %ld backtracks (%lu transition replays, %lu states "
  82            "visited overall)",
  83            State::get_expanded_states(), backtrack_count_, Api::get().mc_get_visited_states(),
  84            Transition::get_replayed_transitions());
  85 }
  86
  87 void DFSExplorer::run()
  88 {
  89   on_exploration_start_signal();
  90   /* This function runs the DFS algorithm the state space.
  91    * We do so iteratively instead of recursively, dealing with the call stack manually.
  92    * This allows one to explore the call stack at will. */
  93
  94   while (not stack_.empty()) {
  95     /* Get current state */
  96     State* state = stack_.back().get();
  97
  98     XBT_DEBUG("**************************************************");
  99     XBT_DEBUG("Exploration depth=%zu (state:%ld; %zu interleaves)", stack_.size(), state->get_num(),
 100               state->count_todo());
 101
 102     Api::get().mc_inc_visited_states();
 103
 104     // Backtrack if we reached the maximum depth
 105     if (stack_.size() > (std::size_t)_sg_mc_max_depth) {
 106       if (reductionMode_ == ReductionMode::dpor) {
 107         XBT_ERROR("/!\\ Max depth of %d reached! THIS WILL PROBABLY BREAK the dpor reduction /!\\",
 108                   _sg_mc_max_depth.get());
 109         XBT_ERROR("/!\\ If bad things happen, disable dpor with --cfg=model-check/reduction:none /!\\");
 110       } else
 111         XBT_WARN("/!\\ Max depth reached ! /!\\ ");
 112       this->backtrack();
 113       continue;
 114     }
 115
 116     // Backtrack if we are revisiting a state we saw previously
 117     if (visited_state_ != nullptr) {
 118       XBT_DEBUG("State already visited (equal to state %ld), exploration stopped on this path.",
 119                 visited_state_->original_num == -1 ? visited_state_->num : visited_state_->original_num);
 120
 121       visited_state_ = nullptr;
 122       this->backtrack();
 123       continue;
 124     }
 125
 126     // Search for the next transition
 127     int next = state->next_transition();
 128
 129     if (next < 0) { // If there is no more transition in the current state, backtrack.
 130       XBT_DEBUG("There remains %zu actors, but none to interleave (depth %zu).",
 131                 mc_model_checker->get_remote_process().actors().size(), stack_.size() + 1);
 132
 133       if (mc_model_checker->get_remote_process().actors().empty()) {
 134         mc_model_checker->finalize_app();
 135         XBT_VERB("Execution came to an end at %s (state: %ld, depth: %zu)", get_record_trace().to_string().c_str(),
 136                  state->get_num(), stack_.size());
 137       }
 138       this->backtrack();
 139       continue;
 140     }
 141
 142     /* Actually answer the request: let's execute the selected request (MCed does one step) */
 143     state->execute_next(next);
 144     on_transition_execute_signal(state->get_transition());
 145
 146     // If there are processes to interleave and the maximum depth has not been
 147     // reached then perform one step of the exploration algorithm.
 148     XBT_VERB("Execute %ld: %.60s (stack depth: %zu, state: %ld, %zu interleaves)", state->get_transition()->aid_,
 149              state->get_transition()->to_string().c_str(), stack_.size(), state->get_num(), state->count_todo());
 150
 151     std::string req_str;
 152     if (dot_output != nullptr)
 153       req_str = state->get_transition()->dot_string();
 154
 155     /* Create the new expanded state (copy the state of MCed into our MCer data) */
 156     auto next_state = std::make_unique<State>();
 157     on_state_creation_signal(next_state.get());
 158
 159     if (_sg_mc_termination)
 160       this->check_non_termination(next_state.get());
 161
 162     /* Check whether we already explored next_state in the past (but only if interested in state-equality reduction) */
 163     if (_sg_mc_max_visited_states > 0)
 164       visited_state_ = visited_states_.addVisitedState(next_state->get_num(), next_state.get(), true);
 165
 166     /* If this is a new state (or if we don't care about state-equality reduction) */
 167     if (visited_state_ == nullptr) {
 168       /* Get an enabled process and insert it in the interleave set of the next state */
 169       auto actors = Api::get().get_actors();
 170       for (auto& remoteActor : actors) {
 171         auto actor = remoteActor.copy.get_buffer();
 172         if (get_session().actor_is_enabled(actor->get_pid())) {
 173           next_state->mark_todo(actor->get_pid());
 174           if (reductionMode_ == ReductionMode::dpor)
 175             break; // With DPOR, we take the first enabled transition
 176         }
 177       }
 178
 179       if (dot_output != nullptr)
 180         std::fprintf(dot_output, "\"%ld\" -> \"%ld\" [%s];\n", state->get_num(), next_state->get_num(),
 181                      req_str.c_str());
 182
 183     } else if (dot_output != nullptr)
 184       std::fprintf(dot_output, "\"%ld\" -> \"%ld\" [%s];\n", state->get_num(),
 185                    visited_state_->original_num == -1 ? visited_state_->num : visited_state_->original_num,
 186                    req_str.c_str());
 187
 188     stack_.push_back(std::move(next_state));
 189   }
 190
 191   log_state();
 192 }
 193
 194 void DFSExplorer::backtrack()
 195 {
 196   backtrack_count_++;
 197   XBT_VERB("Backtracking from %s", get_record_trace().to_string().c_str());
 198   on_backtracking_signal();
 199   stack_.pop_back();
 200
 201   get_session().check_deadlock();
 202
 203   /* Traverse the stack backwards until a state with a non empty interleave set is found, deleting all the states that
 204    *  have it empty in the way. For each deleted state, check if the request that has generated it (from its
 205    *  predecessor state), depends on any other previous request executed before it. If it does then add it to the
 206    *  interleave set of the state that executed that previous request. */
 207
 208   while (not stack_.empty()) {
 209     std::unique_ptr<State> state = std::move(stack_.back());
 210     stack_.pop_back();
 211     if (reductionMode_ == ReductionMode::dpor) {
 212       aid_t issuer_id = state->get_transition()->aid_;
 213       for (auto i = stack_.rbegin(); i != stack_.rend(); ++i) {
 214         State* prev_state = i->get();
 215         if (state->get_transition()->aid_ == prev_state->get_transition()->aid_) {
 216           XBT_DEBUG("Simcall >>%s<< and >>%s<< with same issuer %ld", state->get_transition()->to_string().c_str(),
 217                     prev_state->get_transition()->to_string().c_str(), issuer_id);
 218           break;
 219         } else if (prev_state->get_transition()->depends(state->get_transition())) {
 220           XBT_VERB("Dependent Transitions:");
 221           XBT_VERB("  %s (state=%ld)", prev_state->get_transition()->to_string().c_str(), prev_state->get_num());
 222           XBT_VERB("  %s (state=%ld)", state->get_transition()->to_string().c_str(), state->get_num());
 223
 224           if (not prev_state->is_done(issuer_id))
 225             prev_state->mark_todo(issuer_id);
 226           else
 227             XBT_DEBUG("Actor %ld is in done set", issuer_id);
 228           break;
 229         } else {
 230           XBT_VERB("INDEPENDENT Transitions:");
 231           XBT_VERB("  %s (state=%ld)", prev_state->get_transition()->to_string().c_str(), prev_state->get_num());
 232           XBT_VERB("  %s (state=%ld)", state->get_transition()->to_string().c_str(), state->get_num());
 233         }
 234       }
 235     }
 236
 237     if (state->count_todo() && stack_.size() < (std::size_t)_sg_mc_max_depth) {
 238       /* We found a back-tracking point, let's loop */
 239       XBT_DEBUG("Back-tracking to state %ld at depth %zu", state->get_num(), stack_.size() + 1);
 240       stack_.push_back(
 241           std::move(state)); // Put it back on the stack from which it was removed earlier in this while loop
 242       this->restore_state();
 243       XBT_DEBUG("Back-tracking to state %ld at depth %zu done", stack_.back()->get_num(), stack_.size());
 244       break;
 245     } else {
 246       XBT_DEBUG("Delete state %ld at depth %zu", state->get_num(), stack_.size() + 1);
 247     }
 248   }
 249 }
 250
 251 void DFSExplorer::restore_state()
 252 {
 253   /* If asked to rollback on a state that has a snapshot, restore it */
 254   State* last_state = stack_.back().get();
 255   if (const auto* system_state = last_state->get_system_state()) {
 256     Api::get().restore_state(system_state);
 257     on_restore_system_state_signal(last_state);
 258     return;
 259   }
 260
 261   /* if no snapshot, we need to restore the initial state and replay the transitions */
 262   get_session().restore_initial_state();
 263   on_restore_initial_state_signal();
 264
 265   /* Traverse the stack from the state at position start and re-execute the transitions */
 266   for (std::unique_ptr<State> const& state : stack_) {
 267     if (state == stack_.back()) /* If we are arrived on the target state, don't replay the outgoing transition */
 268       break;
 269     state->get_transition()->replay();
 270     on_transition_replay_signal(state->get_transition());
 271     /* Update statistics */
 272     Api::get().mc_inc_visited_states();
 273   }
 274 }
 275
 276 DFSExplorer::DFSExplorer(Session* session) : Exploration(session)
 277 {
 278   reductionMode_ = reduction_mode;
 279   if (_sg_mc_termination)
 280     reductionMode_ = ReductionMode::none;
 281   else if (reductionMode_ == ReductionMode::unset)
 282     reductionMode_ = ReductionMode::dpor;
 283
 284   if (_sg_mc_termination)
 285     XBT_INFO("Check non progressive cycles");
 286   else
 287     XBT_INFO("Start a DFS exploration. Reduction is: %s.",
 288              (reductionMode_ == ReductionMode::none ? "none"
 289                                                     : (reductionMode_ == ReductionMode::dpor ? "dpor" : "unknown")));
 290
 291   get_session().take_initial_snapshot();
 292
 293   XBT_DEBUG("Starting the DFS exploration");
 294
 295   auto initial_state = std::make_unique<State>();
 296
 297   XBT_DEBUG("**************************************************");
 298
 299   /* Get an enabled actor and insert it in the interleave set of the initial state */
 300   auto actors = Api::get().get_actors();
 301   XBT_DEBUG("Initial state. %zu actors to consider", actors.size());
 302   for (auto& actor : actors) {
 303     aid_t aid = actor.copy.get_buffer()->get_pid();
 304     if (get_session().actor_is_enabled(aid)) {
 305       initial_state->mark_todo(aid);
 306       if (reductionMode_ == ReductionMode::dpor) {
 307         XBT_DEBUG("Actor %ld is TODO, DPOR is ON so let's go for this one.", aid);
 308         break;
 309       }
 310       XBT_DEBUG("Actor %ld is TODO", aid);
 311     }
 312   }
 313
 314   stack_.push_back(std::move(initial_state));
 315 }
 316
 317 Exploration* create_dfs_exploration(Session* session)
 318 {
 319   return new DFSExplorer(session);
 320 }
 321
 322 } // namespace mc
 323 } // namespace simgrid